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      非農取用水戶水量在線監測站點建設要點分析


      非農取用水戶水量在線監測站點 (管道式) 建設要點分析,針對廣東省水資源監控能力建設項目以及國家水資源監控能力建設項目, 總結非農取用水戶水量在線監測站點 (管道式) 從勘查、設計到施工以及運維的主要技術內容。

      為落實國家水資源監控能力建設項目的要求, 廣東省組織開展國家水資源監控能力建設, 廣東省建設項目分為一期、二期。一期主要以取用水水量、水功能區水質、飲用水水源地水質水量等信息監測為基礎, 構建水資源管理信息系統。二期旨在進一步提高監控體系, 尤其是重點取用水戶的水量在線監測能力、飲用水水源地監測能力, 完善管理信息平臺尤其是水資源調配應急決策支持系統等平臺建設, 基本建成比較完善的廣東省水資源管理系統, 提升廣東省水資源在線監控的信息化水平, 提高水資源管理能力。非農取水戶水量在線監測是本項目主要工作內容之一, 本文主要從勘查、設計、施工以及運維等方面對其建設要素進行總結[1]。
      2 勘查階段注重現場調查
      現場調查是做好水資源監控能力建設設計和施工的重要基礎工作, 主要包括勘查準備和現場調查。
      2.1 勘查準備
      項目勘查階段, 由于各個勘查點分布不均且各點之間距離較遠, 需通過水行政主管部門了解信息, 到現場前需準備好各項材料。需準備的材料:項目總名錄、項目各勘察小組負責的名錄、取水戶情況調查表、項目各區域水務部門聯系名錄、項目勘察人員聯系名錄、項目開展公文、設備安裝位置標示貼、圖紙模板、資料收集電子模板、自檢清單等。需準備的工具:卷尺、測距儀、GPS定位儀、便攜流量測量儀、相機、調查表、記錄筆等。
      2.2 現場勘查
      勘查是設計重要環節, 通過現場勘查可了解各取水戶的情況, 包括取水戶名錄、取水點的供水對象、用水規模、還可了解現狀并聽取需求意見, 議定測點勘查路線等。主要的勘查內容: (1) 按照管道型取水戶取水情況調查表項目, 詳細調查并逐項填寫, 在與取水戶溝通后, 在備注欄內對現場管道加工、儀器安裝位置等問題進行詳細說明; (2) 繪現場布置圖 (含管路、建筑物與線纜敷設) , 標注主要參照物系、方位以及傳感器、終端箱與太陽能電池板等設備安裝位置; (3) 現場勘查拍攝照片記錄, 照片包含戶門、取水工況全景、現有計量設備照片、取水口、取水管道照片、擬終端箱安裝位置、擬計量安裝位置等, 如有需要錄制簡短視頻; (4) 確定攝像頭安裝位置, 收集立桿、做井、接地等信息[1]。
      3 監測站點設計關鍵是流量計選型和安裝位置確定
      水量在線監測站點主要包括管道型和渠道型, 非農取水戶主要采用管道型監測站。管道自動監測站由RTU終端箱、流量計、供電設備等組成, 監測站實時采集各取水戶取水流量數據, 每個取用水戶需要根據實際情況設置1套或多套RTU終端箱。設計內容主要有流量計選型和安裝位置確定、防雷接地系統設計、電源系統設計。防雷接地系統, 采用鍍鋅扁鋼與監測點取水戶已建接地網進行連接, 如取水戶無安裝防雷地網, 可采用由鍍鋅扁鋼和鍍鋅圓鋼焊接而成的簡易地網。電源系統設計時, 監測點可提供市電, 電源系統由市電/太陽能雙電源及蓄電池組成, 當監測點無法提供市電, 電源系統由太陽能及蓄電池組成。以下主要探討流量計選型和安裝位置確定。
      3.1 流量計選型
      對于管道型監測點的流量信息采集, 應根據現場是否安裝流量計表, 確定相應方案, 如現場安裝了流量計且表頭有485輸出, 則可直接接入已有流量計的RS485 (RS232) 數字接口;如現場已安裝流量計但表頭無485接口, 則更換現有流量計二次表頭;如現場未安裝流量計, 則根據現場情況, 選擇新裝插入式超聲波流量計并配套表頭或新裝管道式電磁流量計并配套表頭。
      1) 直接利用已有流量計的RS485 (RS232) 數字接口
      對于管道型監測點, 當監測點流量計二次表頭可提供RS-485接口 (或RS-232接口, 可通過轉換接頭轉換為RS-485接口) 輸出且并未被使用時, 在征得取水戶同意后, 可直接將RS-485接口接入RTU模塊。
      2) 更換現有流量計二次表頭
      對于管道型監測點, 當監測點流量計表頭無法提供RS-485數字接口輸出時, 且其原水管或出水管無足夠長的直管段 (或管段埋深較深、或監測點現場無適合開挖流量計井的位置和施工條件) 時, 更換現有二次表頭為帶RS-485接口輸出的二次表頭, RTU終端模塊可接入該數字信號。
      3) 新裝插入式超聲波流量計
      對于管道型監測點, 在該點采取新裝超聲波流量計方式, 需滿足以下幾點要求。 (1) 當監測點流量計表頭無法提供RS-485數字接口輸出; (2) 其原水管有足夠長的直管段; (3) 管段露出地面或埋深較淺時 (可新建流量計井) ; (4) 管徑較粗 (一般指DN200以上) ; (5) 監測點很難有停水施工的條件。
      4) 新裝管道式電磁流量計
      對于管道型監測點, 在該點采取新裝電磁流量計方式, 需滿足以下幾點要求。 (1) 當監測點流量計二次表頭不能提供RS-485接口數字接口時; (2) 原水管有足夠長的直管段; (3) 該管段漏出地面或埋深較淺時 (可新建流量計井) ; (4) 管徑較細 (一般指DN200及以下) ; (5) 監測點可以全部或部分停水, 且辦理停水手續比較簡單快捷[2]。
      3.2 流量計安裝位置確定
      流量計安裝需要管道具有一定長度的直管段, 電磁流量計要求儀器前直管段長度大于管徑的5倍, 儀器后直管段長度大于管徑的3倍。超聲流量計要求儀器安裝位置前直管段長度大于管徑的10倍, 儀器安裝位置后直管段長度大于管徑的5倍。對于直管段長度不足的管道, 考慮采用多聲道的超聲測量方式來保證測量精度。
      1) 電磁流量計安裝
      電磁流量計的測量原理不依賴流量的特性, 如果管路內有一定的湍流與漩渦產生在非測量區內 (彎頭、切向限流或上游有半開的截止閥) 則對測量結果不產生影響。如果在測量區內有穩態的渦流則會影響測量的穩定性和測量的精度應采取措施以穩定流速分布, 增加前后直管段的長度、采用1個流量穩定器等。
      傳感器可以水平和垂直安裝, 但是應該確保避免沉積物和氣泡對測量電極的影響, 電極軸向保持水平。垂直安裝時, 流體應自下而上流動。傳感器不能安裝在管道的*高位置, 這個位置容易積聚氣泡。流量傳感器在測量時, 應確保管道中充滿被測流體, 不能出現非滿管狀態。如管道存在非滿管或是出口有放空狀態, 傳感器應安裝在1根虹吸管上。為保證測量的穩定性, 應在傳感器的前后設置直管段, 如做不到則應采用穩流器或減小測量點的截面積。為避免負壓, 傳感器不能安裝在泵的進水口, 而應安裝在泵的出水口。傳感器比較理想的安裝點應選擇測量點前后有足夠的直管段。其中電磁式進口直管段≥5D, 出口直管段≥3D (D為傳感器公稱口徑) 。插入式進口直管段≥20 D, 出口直管段≥7D (D為傳感器公稱口徑) 。當出口為放空狀態時, 傳感器不應安裝在管道放空處, 應安裝在較低處。傳感器安裝在管道下方時, 應保證傳感器內被液體充滿, 不能出現空管狀態。
      2) 超聲波流量計安裝
      超聲波流量計在所有流量計的安裝中是*簡單便捷的。只要將測量點處的管道參數輸入到流量計中, 選擇一個合適的測量點, 把傳感器安裝在管道上即可進行測量。測量點要求選擇在流場分布均勻的管段, 以保證測量精度。安裝時, 應遵循以下原則:
      (1) 選擇充滿流體的管段, 如管路的垂直部分 (流體*好向上流動) 或充滿流體的水平管段。 (2) 測量點要選擇距上游10倍直徑 (10D) 、下游5倍直徑 (5D) 以內的均勻直管段, 且該范圍內沒有任何閥門、彎頭、變徑等干擾流場的裝置。如測量點前有泵、T形三通、調節閥、節流孔、漸擴管段或其他引起旋轉流的裝置, 則其上游直管段要求更長。在水平管段上, 傳感器一般安裝在管的9點、3點鐘位置。 (3) 應避開6點、12點的位置, 以免管道底部沉淀物或管道上部的氣泡、氣穴引起信號的衰減。 (4) 要保證測量點處的溫度在可工作范圍以內。 (5) 充分考慮管內壁結垢狀況, 盡量選擇無結垢的管段進行測量, 不能完全滿足時, 需將結垢考慮為襯里以求得到較好的測量精度。 (6) 選擇管材均勻致密, 易于超聲波傳輸的管段[3]。
      4 施工階段注重項目協調
      由于非農取水戶在線監測站點建設項目多且分散, 施工現場管理不同于傳統水利工程, 施工方與水行政主管部門及取水戶溝通更為重要, 需要具備良好的協調能力。
      在施工前需要準備相關資料及工具, 如項目批復文件及相關政策及資料等。實際安裝階段包括機箱安裝、流量計安裝、太陽能板安裝、攝像頭安裝、接地點安裝、天線安裝、RS485通訊線及電源線接裝等。在各個設備、接線已經安裝正確后, 依次對RTU進行上線參數設置并對流量計進行相關初始參數、流量參數的調試。
      5 售后運維注重信息反饋
      平臺監視人員, 應每天通過平臺軟件遠程查看取水戶運行數據和狀態參數, 分析監測和系統狀態數據;對站點運行情況進行遠程診斷和運行管理, 如發現數據有持續異常情況, 立即在運維平臺填報, 生成維護任務單, 讓售后經理審核并安排運維計劃, 做好現場排查的前期資料分析;每周對平臺系統運行的異常情況作統計分析, 生成報告給售后經理。
      日常巡檢工作內容主要包括:通過項目平臺軟件查看各監測站點的在線工作狀態;通過平臺系統核實監測站點數據異常情況;對傳回的突變數據 (異常增大或減少) 進行異常處理;通過運維監管平臺軟件對系統的運行異常狀況提出申請, 并及時報告售后部經理;售后部經理在運維監管平臺接收審核維護任務單, 組織技術人員分析, 根據問題輕重來派單給一線維護人員前往現場進行維護;平臺維護人員統計每日、周、月、季度、年的取水戶異常情況, 每月提出取水戶異常數據情況分析報告。管理人員每月提交設備故障情況分析報告。
      6 結語
      非農取水戶水量在線監測站點項目建設有別于傳統的水利工程, 雖然單點項目投資規模小, 但仍然涉及勘查、設計、施工、運維的全過程, 每個過程都有其重點的工作內容。目前這類項目還缺乏完整的規程規范知道, 需要不斷地總結經驗, 提升項目建設管理水平。

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